Evolution der Pixel: Von Lampen zu SMD LED
Viel ist über LED-Bildschirme geschrieben worden. Während 20 Jahre ihrer Geschichte, Bildschirme erheblich geändert. Wir entschieden uns, uns diesen Artikel der Evolution des Schlüsselelements in einem digitalen Bildschirm, dem Pixel zu widmen.
12x9 m Lampe-Bildschirm in Moskau, 2001Schild der elektronischen Informationen und dynamischer Ton und Beleuchtungausrüstung dienten als Prototypen für erste digitale Bildschirme. Zuerst alle basierten sie auf Glühlampen. Der HauptManko der Lampen war kurze Lebensdauer - bis 500 Stunden. Nach 500 Stunden des Dauerbetriebs konnte 50% von Lampen ausfallen und erforderlicher Wiedereinbau.
Arbeitsbedingungen auf digitalen Bildschirmen sind für Lampen das ungünstigste: ein konstanter „Ein-Aus“ Modus. Um das Leben der Lampen zu verlängern wurde eine einfache Methode erfunden: zu die Speisespannung verringern. Lampen arbeiteten jetzt länger, aber ein anderes Problem tauchte auf: mit Niederspannung verschob sich das sichtbare Spektrum in die rote Zone. Die Bildschirme mit einen Monochrom dieses konnten, leicht missachtet werden aber verursachten ernste Probleme für die mehrfarbig und True Color-Bildschirme.
Zu einen Lampe-Bildschirm zu eine mehrfarbig Installation zu machen war ziemlich einfach: weiße StandardLampen wurden entweder in Rotes, in Grünes, in Blaues und in hellblaues gemalt oder gesetzt hinter Farbenfilter. Helle Filter sogen ein großes Teil helle Strahlung und die Bildschirmhelligkeit zu halten auf, die es notwendig war, einen Reflektor hinter die Lampe zu setzen. Die Qualität von Farben, von Weißabgleich und von Helligkeit des Bildschirms hing völlig von der Qualität der hellen Filter und der Reflektoren, ihre exakte Positionierung ab. Natürlich waren solche Systeme kompliziert in der Herstellung in der Versammlung teuer und umfangreich.
Ein anderer ernster Manko der Glühlampen war ihre hohe Leistungsaufnahme. Z.B. benutzten typische Bildschirme mit einem drei-Zoll-Pixelabstand (76.2 Millimeter) Lampen für Selbstindustrie 1250X (Uwork=13.5V, Icons=0.37А, Lebensdauer 500 Stunden). Ein Pixel enthielt 4 solche Lampen.
12V an der Spannung eins verbrauchte Pixel 16W, und ein Quadratmeter solchen Bildschirms verbrauchte fast 3kW von Energie. So machte ein verhältnismäßig kleiner Schirm mit Pixeln 112x84 und Bildbereich von 54.5 Quadratmetern zu eine leistungsfähige Energieanlage mit maximalem Stromverbrauch (weiße Spitze) von 165kW.
Lampe-Bildschirmmodul
Dieses hatte etwas eigenartige Effekte: im Winter schmolz der Schnee vor dem Lampen-Bildschirm und wendete sich an Regen, während am Sommer solche überheizten Bildschirme. Eine leistungsfähige Ventilation oder eine Klimaanlage waren erforderlich, Normalbetrieb des Bildschirms beizubehalten. Dieses erhöhte den weiteren Stromverbrauch sogar (fast 1/3 des Bildschirm-Stromverbrauchs). Erforderliche regelmäßige Überprüfungen und Reinigung des Ventilationssystems. Die Kosten von Bildschirmwartung waren folglich astronomisch.
Trotz des hohen Energieverbrauchs war die Gesamthelligkeit auf Lampe-Bildschirmen für Tagesbetrieb, ungefähr 2500 nit unzulänglich. Zu Helligkeit genauer sind indem man die Lampen zu erhöhen setzte, die war zusammen unpraktisch: jede mögliche Zunahme der Entschließung führen, um sich des Stromverbrauchs und der bedeutenden Probleme mit Wärmeableitung zu erhöhen.
Selbstbewegende Glühlampe 1250X und LEDBirnengröße 10.2x26.9 мм
Ein anderes ernstes Problem Lampe-Bildschirmen war eine Brandgefährdung. Mit hoher Leistungsaufnahme und Emission der hohen Hitze, hoher Strom und leistungsfähige Ventilatoren, Plastikbestandteile und Meilen Kabel - die Wahrscheinlichkeit des Feuers war fühlbar. Verschiedene Feuerverhütung Mittel führten, um Bildschirmzuverlässigkeit und höhere Produktionskosten zu senken. Gegenwärtig in der technologischen Entwicklung, digitale Lampe-Bildschirme zu massives und Handels- attraktives Produkt war zu machen unmöglich.
Bildschirmhersteller waren an LED als möglicher Wiedereinbau der Glühlampen interessiert. Zuerst fingen sie an, mit Monochrom oder zwei Farben-Bildschirmen zu experimentieren, indem sie rote und grüne LED kombinierten. Neue lichtemittierende Elemente Stromverbrauch, Zunahme Helligkeit und Zuverlässigkeit erheblich verringern gelassen.
Erste LED-Bildschirme wurden als einfacher Wiedereinbau der Lampe-Bildschirme hergestellt. Strukturell basierten sie auf den Cluster, die in den Informationszeichen am meisten benutzt sind. Ein Cluster ist eine Maßeinheit, die LED (in den verschiedenen Kombinationen), Frame (Kasten) und anschließen kabel umfaßt. Diese Struktur ist in der Wartung bequem und erlaubt einfachen Wiedereinbau eines ausfallen Clusters. Obwohl Hersteller langem Leben einzelner LED (50 000 Stunden, manchmal sogar 100 000 Stunden) in Wirklichkeit garantierten, erreichten wenige Hersteller solche ausgezeichneten Parameter. Unter jenen wenigen sind Nichia, Toyoda Gosei, HP/Agilent und Cotco/Cree. Cluster waren ein Zwischenstadium; irgendeine andere technologische Lösung war erforderlich.
Outdoor-LED-Bildschirm 8x6 m, 22 Millimeter-Pixelabstand in Moskau, 2006Die erste hohe Helligkeit blaue LED wurde von Shuji Nakamura von Nichia Corporation 1990 demonstriert. Durch 1993 blaue LED waren massenproduziert und für den Markt vorhanden. 10 Jahre später, 2002, war Nichia ein Weltführer in der LED-Herstellung und 60% seiner Produktion war blaue LED. Preise stabilisierten und Fertigung der Vollfarb LED-Bildschirme wurde entwicklungsfähig.
Erste LED-Bildschirme haben verhältnismäßig niedrige Entschließung. Typische Lampen-Pixel von 76.2 Millimeter (3 Zoll) wurden durch LED-Pixel von 38.1 Millimeter ersetzt (1.5 Zoll). Um die Helligkeit (beim Beibehalten des Weißabgleichs) des Bildbereichs beizubehalten oder sogar zu erhöhen war es notwendig einen Cluster einiger LED des zum Beispiel 4 Rotes, 4 Grün, Blau 2 zu ordnen. Dieser Pixel verbrauchte über 1W oder 16mal weniger Energie als ein ähnlicher Lampen-Pixel. So würde ein Bildschirm mit 2feiner gegliederten mal ein viel besseres Bild liefern und den Stromverbrauch 4mal niedriger hat. Wirklich, da Ventilationssystem nicht mehr angefordert wurde.
Obwohl ein Schritt voran mit Lampe-Bildschirmen verglich, hatten die LED-Bildschirme, die auf Cluster basierten, einige ernste Mankos: zu viele Verbindungsstücke verringerten Zuverlässigkeit des Systems, ergab große Zahl der kleinen Bestandteile erhöhte Kosten und längere Montagezeit.
Die Aufgabe der erhöhten Zuverlässigkeit und das preiswertere wurden gelöst, indem man große Zahl von LED in ein Modul legte (64, 128, 256 und andere Wahlen). Jeder ausfallen Bestandteil auf einem LED-Modul (LED, passiver Bestandteil oder Treiber) erforderte Wiedereinbau eines vollständigen LED-Moduls. Dieses war in Beziehung zu Outdoor-LED-Bildschirmen besonders zutreffend: Module mussten gegen Regen und Schnee durch Mittel geschützt werden, das luftdicht verschlossen die Leiterplatte.
 |
 |
| 4R2G2B und 2R2G1B LED Cluster | LED-Bildschirm mit Pixel 2R2G1B |
Wie Pixel kleiner wuchsen und auf einer Leiterplatte gesetztes festeres waren, der Aufbau der Pixel drastisch geändert: von einem Cluster von 7-12 LED zu grundlegendem 2RGB-pixels (2 Rot, 1 Grün, 1 Blau) und später - zu RGB.
Der Gebrauch von LED erlaubtem Bewegen weg von Systemen ein 12V (Lampe-Bildschirme) auf 5V. Diese Änderung auch geführt, um Stromverbrauch und bessere Wärmeableitung zu senken. 2RGB oder RGB Pixel verbrauchtes ungefähr 0.3W, der vollständige Quadratmeter eines Bildschirms basiert auf einem populären 19 Millimeter Pixelabstand verbrauchtes 839W an der Spitze von Weiß. Ein Bildschirm des Messinstruments 6x4 mit Beschlüsse 320x240 verbrauchte nur 20kW (eine drastische Verkleinerung verglichen mit Lampe-Bildschirmen).
Da der Pixel physikalisch kleiner wachsen, wurde er intelligenter: Entwickler der LED-Bildschirme begannen Helligkeits- und Entschließung Verbesserung Techniken der Verwertung verschiedene. Unsere Zeitschrift veröffentlichte Artikel über virtuellen oder dynamischen Pixel wiederholt: „Virtueller Pixel: Fördernde Trick oder Bildverbesserung“.
Zwei Outdoor-LED-Bildschirme mit einem 6 mm Pitch in Hong KongBildnachweis: Lighthouse Technologies
An etwas Punkt die Miniaturisierung von Pixel gestopptem wegen des technischen Engpasses. Der Standard 5 Millimeter ovales DIP LED verwendet, um einen RGB-Pixel zu bilden konnte nicht gesetztes festeres zusammen sein: irgendein freier Platz auf der Leiterplatte war für andere elektronische Bauelemente und Verbindungsstücke erforderlich. Eine Zwischenlösung war, 3 Millimeter LED zu verwenden, aber diese später wurden wegen der niedrigen Stabilität zurückgewiesen.
Alle zukünftige Hoffnung, LED-Pixel zu ändern wurden auf ein SMD LED konzentriert (oberflächenmontiert). Sobald erfunden, wurde SMD LED für nur Innenanwendungen bedeutet, weil Feuchtigkeit negativ ihren Betrieb beeinflußt.
Unterschiedliches SMD LED wurde geprüft: einzelne Farbe LED, großes und kleine LED. Aber die vielversprechendste Wahl von 3-in-1 SMD LED wurde am populärsten. Zurzeit wird die körperliche Größe eines SMD LED durch technologische Prozesse der oberflächenmontierten Maschinen zu 4 Millimeter begrenzt.
Einer der HauptMankos von SMD LED war schlechter Kontrast. Völlig ausgeschaltet SMD-Bildschirm sucht wegen des weißen Hintergrundes nach LED Chip weißlich. Die Bemühungen der Entwickler wurden auf das Lösen des Kontrastproblems gerichtet - und schließlich erschien die Lösung im Markt in Form von so genanntem schwarzem Gesicht SMD.
 |
 |
| Moderner 12 Millimeter-Pitch Outdoor-LED-Bildschirm in London: 12.3x3.5 m Bildnachweis: Lighthouse Technologies |
Modul des schwarzen Gesichtes SMD LED Bildnachweis: Ekta |
LED-Modul basiert auf Dot-MatrixtechnologieÄhnlichkeit zu SMD, eine andere Indoor-Bildschirmtechnologie entwickelte sich - Dot-Matrix. LED Chip werden in der Matrix 8x8 geordnet: eine minimalistisch Annäherung, die ökonomische Lösung anbietet. Wie mit Standard-SMD LED ist der HauptManko der Dot-Matrixtechnologie der weißliche Hintergrund- und Armekontrast. Während der weiße Hintergrund als Reflektor dient und die Helligkeit des Bildschirms erhöht, führt er zu geringe Qualität des Bildes auf niedrigen Helligkeitsniveaus.
Vergleichbare Tabelle des Stromverbrauchs im entwickelnden Pixel
| 4 Lampen-Pixel | Cluster DIP-LED | Pixel DIP-LED | Pixel DIP-LED | SMD LED 3-in-1 | |
|---|---|---|---|---|---|
| RGBbrB | 4R4G2B | 2RGB | RGB | RGB | RGB |
| 1:1 | 1:4 | ||||
| 16W | 1W | 0.4W | 0.3W | 0.3W | 0.075W |
Wie wir sehen, in weniger als 20 Jahren Pixel änderte und änderte erheblich. Offensichtlich ist dieses nicht das Ende der Straße; vermutlich nur der Anfang der Pixelgeschichte. Aber was auch immer der Fall, wir diese Geschichte gut kennen müssen.
